Ngoài hiện tượng giải phóng năng lượng khi phân hạch các hạt nhân nặng còn có hiện tượng giải phóng năng lượng khi kết hợp các hạt nhân nhẹ. Phản ứng tổng hợp 2 hạt nhân nhẹ tạo thành hạt nhân nặng hơn và giải phóng năng lượng còn được gọi là phản ứng nhiệt hạch.Năng lượng giải phóng trong phản ứng nhiệt hạch lớn hơn nhiều so với phản ứng phân hạch. VD: 1kg hỗn hợp các hạt deutron gi ải phóng năng lượng cỡ 9,2.10 7 kWh gấp 4 lần năng lượng do 1 kg U 235 giải phóng (2,3.10 7 kWh)